Funktion Isolationsüberwachung

Funktionsprinzip eines Isolationsüberwachungsgerätes

Das Isolationsüberwachungsgerät wird zwischen den aktiven Netz­leitern und Erde angeschlossen und überlagert dem Netz eine Mess­spannung Um. Beim Auftreten eines Isolationsfehlers schließt sich der Messkreis zwischen Netz und Erde über den Isolations­fehler RF, so dass sich ein dem Isolationsfehler proportionaler Messstrom Im einstellt. Dieser Messstrom verursacht am Messwider­stand Rm einen entsprechenden Spannungsfall, der von der Elektro­nik ausgewertet wird. Überschreitet dieser Spannungsabfall einen bestimmten Wert, was dem Unterschreiten eines bestimmten Isolationswiderstandes gleichkommt, erfolgt eine Meldung. Die detaillierten Anforderungen an das Isolationsüberwachungsgerät sind in der DIN EN 61557-8 (VDE 0413-8) enthalten. Durch das Isolationsüberwachungsgerät erhält der Anlagenbetreiber den notwendigen Informationsvorsprung um rechtzeitig und geplant entsprechende Instandhaltungsmaß­nahmen einzuleiten.

Nach DIN EN 61557-8 (VDE 0413-8) gilt: Isolationsüberwachungs­geräte müssen nach ihrem vorgegebenen Messprinzip in der Lage sein, sowohl symmetrische als auch unsymmetrische Isolationsver­schlechterungen zu überwachen.

Anmerkungen:

  • Eine symmetrische Isolationsverschlechterung liegt dann vor, wenn sich der Isolationswiderstand aller Leiter des zu überwach­enden Netzes (annähernd) gleichmäßig verringert. Eine unsym­metrische Isolationsverschlechterung liegt dann vor, wenn sich der Isolationswiderstand, z. B. eines Leiters wesentlich stärker verringert als der der (des) übrigen Leiter(s).
  • So genannte Erdschlussüberwachungsrelais, die als alleiniges Messkriterium die bei Auftreten eines Erdschlusses entstehende Unsymmetriespannung (Verlagerungsspannung) nutzen, sind keine Isolationsüberwachungsgeräte im Sinne dieser Norm.
  • Unter besonderen Netzbedingungen kann zum Erfüllen der Über­wachungsaufgabe eine Kombination mehrerer Messverfahren notwendig sein, einschließlich einer Unsymmetrieüberwachung.

Hinweise: Symmetrische Isolationsfehler treten häufig in Gleich­spannungsnetzen oder Steuerstromkreisen auf. Ist der Widerstands­wert beider Isolationsfehler etwa gleich, so können Isolations­überwachungsgeräte, deren Funktionsweise auf dem Prinzip der Messung der Überlagerungsspannung beruht, diese Isolationsfehler nicht erfassen. Deshalb fordert die IEC 61557-8 bzw. DIN EN 61557-8 (VDE 0413-8) den Einsatz von aktiv messenden Isolationsüberwach­ungsgeräten.

Einpoliger (unsymmetrischer) Isolationsfehler
Bild: Einpoliger (unsymmetrischer) Isolationsfehler
Symmetrischer Isolationsfehler
Bild: Symmetrischer Isolationsfehler
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Messverfahren

„Überlagerung Messgleichspannung“

Ein häufig verwendetes Messverfahren ist die Überlagerung einer Messgleichspannung zwischen Netz- und Schutzleiter.

Dieses Messverfahren ist zur Überwachung klassischer AC, 3(N)AC-Systeme geeignet, z. B. Motoren. Wird dieses Messverfahren in AC bzw. 3(N)AC-Systemen eingesetzt, in denen galvanisch verbundene Gleich­stromkomponenten vorhanden sind, so führen diese Gleich­­ströme zur Verfälschung des Messergebnisses, d. h. Isolationsfehler auf der Gleichspannungsseite werden mit erhöhter Ansprech­emp­findlichkeit gemeldet. Die im Netz vorhandenen Netzableit­kapazitäten Ce werden lediglich auf die Messspannung aufgeladen und beein­flussen die Messung nach einem kurzen Einschwingvorgang nicht.

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Messverfahren „AMP“

Das für Bender patentierte AMP-Messverfahren basiert auf einer speziell getakteten Messspannung, die von einem Mikrokontroller gesteuert wird und sich automatisch an die jeweiligen Netzverhält­nisse anpasst. Mit einer softwareunterstützten Auswertung wird zwischen den Netzableitstromanteilen, die als Störgröße an der Aus­werteschaltung auftreten und der dem ohmschen Isolationswider­stand proportionalen Messgröße differenziert. Damit haben breitbandige Störbeeinflussungen, wie sie z. B. beim Umrichterbetrieb entstehen, keinen negativen Einfluss auf die exakte Ermittlung des Isolationswiderstandes.

Beim AMP Plus-Messverfahren ist die Störunterdrückung noch ein­mal verbessert. Geräte mit diesem Messverfahren sind universell in AC, DC- und AC/DC-Netzen einsetzbar, z. B. Netze mit Spannungs- oder Frequenzänderungen, hohen Netzableitkapazitäten oder Gleich­spannungsanteilen. Damit werden sie heutigen, modernen Verteil­ungsnetzen, die in der Regel solche Einflussgrößen (Umrichter, EMV) enthalten, gerecht.

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Zusammenfassung der Messverfahren

Zwischen dem IT-System, dessen Aufbau, dessen Komponenten und dem Messverfahren des Isolationsüberwachungsgerätes besteht ein direkter Zusammenhang. Die Kenntnis, welches Isolationsüberwach­ungsgerät mit welchem Messverfahren arbeitet, ist deshalb für die Projektierung wichtig. Die folgende Tabelle zeigt die Auswahl der Messverfahren unter Berücksichtigung der Netzpara­meter.

Auswahl Messverfahren und Netzkomponenten
Bild: Auswahl Messverfahren und Netzkomponenten
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